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Smart Energy

Graphik - Haus mit Energieklassen

Smart Energy

Die Stromproduktion aus erneuerbaren Energien ist besonders bei Solar- und Windenergie starken Schwankungen unterlegen. Das Missverhältnis zwischen Angebot und Nachfrage wird einerseits durch Steuerung konventioneller Kraftwerke, andererseits aber auch vermehrt durch Energiespeicherung oder durch Verschieben von Lastspitzen auf der Nachfrageseite behoben.  Der Ausbau der erneuerbaren Energien erfordert auch mehr dezentral koordinierte Einheiten (z. B. in Häusern oder Gemeinden) anstatt großer zentraler Einheiten.

Das Gesamtsystem der Strom- und Kommunikationsnetze in Verbindung mit Speichern und der verbleibenden effizienten Nutzung fossiler Brennstoffe muss eine zuverlässige und kostengünstige Energieversorgung sicherstellen. Wir entwickeln Simulationsmodelle für die Analyse, Auslegung und Steuerung solcher Systeme: In kleinerem Maßstab für Inselnetze (kombinierte Erzeuger und Verbraucher, die versuchen autark zu bleiben) und in größerem Maßstab für die Hauptaspekte des Energiesystems einer Region oder eines Staates.

Forschungsprojekte

Die heutige Computertechnologie unterstützt Forscher und Wissenschaftler bei der Entwicklung ihrer komplexen Ideen und innovativen Technologien. Der Einsatz solcher neuen Ideen und Technologien in einem immer komplexer werdenden technischen und ökologischen Gesamtsystem wird in diesem Projekt untersucht. Dabei kann es sich um Produktionssysteme, Transportsysteme, Computernetzwerke, Smart Grids oder auch eine Kombination solcher Systeme handeln.

Die Modellierung und Analyse solcher komplexen S…

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Im Rahmen des Kooperationsprojektes SWARM der N-ERGIE AG und dem Energie Campus Nürnberg (EnCN) beschäftigt sich unter anderem der Lehrstuhl für Informatik 7 (Rechnernetze und Kommunikationssysteme) mit den Fragestellungen, unter welchen Bedingungen Privathaushalte in innovative Stromspeicher investieren, wie sich diese Speicher auf die Stabilität des Stromnetzes auswirken und welchen ökonomischen Nutzen sie aus Sicht des Netzbetreibers bzw. der Privathaushalte schaffen.

Übergeordnetes Ziel …

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Der Anteil an Strom aus Photovoltaik am Strommix in Deutschland wurde in den letzten Jahren stark ausgebaut. Auch in naher Zukunft wird die Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien und damit auch der solar erzeugte Strom weiter steigen. Bei hoher Sonneneinstrahlung führt dies schon heute zu einem lokalen Überangebot im Stromnetz, während die Photovoltaik in der Nacht naturgemäß nicht zur Stromversorgung beitragen kann. Die Sicherstellung der nächtlichen Grundlast bei Nacht wird daher zu einem große…

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Entwicklung des Simulationsbaukastens i7-AnyEnergy für vernetzte intelligente Energiesysteme. Dazu werden Methoden wie die diskrete Ereignissimulation (z.B. für Verbraucher-, Wetter- und Steuermodelle) und System Dynamics Modelle (z.B. für Energie- und Kostenflüsse) in einem Simulationsmodell verbunden. Er stellt vorgefertigte Komponenten zur Verfügung, aus denen komplexere Energiesystemmodelle flexibel zusammengesetzt werden. Aus den Basiskomponenten für den Energiebedarf (elektrisch und thermisch), für d…

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Der Zubau von erneuerbaren Energieträgern und der wachsende Anteil dezentraler und stark fluktuierender Energieerzeuger stellen moderne Energiesysteme vor komplexe Herausforderungen. Auch Speichersysteme wie KWK-Anlagen mit Wärmespeichern, reine Stromspeicher oder weitere Technologien, spielen eine entscheidende Rolle. Des Weiteren ist Kommunikation zwischen den Erzeugern, Verbrauchern und Speichern sowie die intelligente Steuerung der Stromerzeuger und Verbraucher für die Stabilität und Effizienz des…

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Mit dem Ausbau stark fluktuierender Erneuerbarer Energien, der Einführung elektrischer Fahrzeuge oder der Sicherstellung suffizienter Energieversorgung portabler Elektronik gewinnen elektrochemische Batteriesysteme jedweder Art und deren Dimensionierung eine immer größere Bedeutung in vielen Bereichen des alltäglichen Lebens. Für eine kosten- und zeiteffiziente Analyse zur Systemauslegung und Projektplanung ist der Einsatz leistungsfähiger Modelle unabdingbar, welche das Verhalten dieser Batteriesysteme simul…

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Mit den Beschlüssen der deutschen Bundesregierung zur Energiewende wird die deutsche Energieversorgung nachhaltig umgestaltet. Ein Hauptziel ist dabei, eine der umweltschonendsten und energiesparendsten Volkswirtschaften bei gleichzeitig wettbewerbsfähigen Energiepreisen zu werden. Hierfür bedarf es der Unterstützung von erweiterten Analysesystemen, die sowohl die technischen als auch marktregulatorischen und rechtlichen Rahmenbedingungen gleichermaßen berücksichtigen. Gerade auf technischer Seite…

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Das Hauptziel dieses Kooperationsprojekts ist die Entwicklung eines umfassenden Simulationsframeworks für das palästinensische elektrische Energieversorgungssystem mit einem Fokus auf eine bestimmte Region (z.B. das Westjordanland). Das Simulationsframework soll in der Lage sein, die verschiedenen Aspekte der zukünftigen Energieversorgung zu erfassen.Die zu entwickelnden Simulationsmodelle werden zwei Abstraktionsebenen beinhalten. Auf der Makroebene soll das palästinensische Energieversorgungssystem in …

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Der weltweite Ausbau dezentraler Kraftwerke, wie beispielsweise Photovoltaik und Windkraft, führt dazu, dass die Erzeugung von elektrischer Energie stark vom fluktuierenden Angebot erneuerbarer Energiequellen abhängt. Im Projekt „Steuerung von Energiesystemen auf Basis selbstlernender Algorithmen“ sollen neue selbstlernende Steuerungsalgorithmen für Energiesysteme untersucht und mit klassischen Steuerungsalgorithmen verglichen werden. Eine in Python programmierte Umgebung soll es ermöglichen mehrere…

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Das elektrische Energienetz befindet sich durch Digitalisierung und Integration dezentraler Energiequellen im Wandel. Die Durchdringung und informationstechnische Vernetzung mit Sensorik und Aktorik lassen komplexe virtuelle Steuerungssysteme entstehen.
Liegt dem ein leistungsfähiges Kommunikationsnetz zugrunde, können innovative Dienste und Anwendungen eine ökologische, ökonomische, stabile und hochwertige Energieversorgung ermöglichen. Die vielfältigen, teils echtzeitkritischen, Anforderungen und V…

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Das Ziel des Projekts ist es ein Energieinformationssystem zu designen, welches dezentral und lokal (teil-)autonom funktioniert sowie eine beliebig skalierbare Anzahl an Akteuren integrieren kann. Durch eine Dezentralisierung der Systemverantwortung soll es ein stabiles Energiesystem auf der Basis von erneuerbaren Energien und Speichern ermöglichen.

Der Lösungsansatz basiert auf einer Kombination des zellularen Ansatzes und der Blockchain Technologie. Die vernetzte IT Infrastruktur kann g…

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Im Rahmen der Energiewende werden zunehmend konventionelle
Kraftwerke, welche derzeit für die Stabilität im Stromnetz verantwortlich sind,
vom Netz genommen. Um auch zukünftig Systemstabilität zu gewährleisten sind
neue Konzepte notwendig. Dazu wird im Projekt ein Modell zur Beschreibung der
Flexibilität von Ladevorgängen von Elektrofahrzeugen entwickelt. Anhand von
Simulationen werden die Fähigkeit, die Zuverlässigkeit, die Grenzen und die
Kosten der Erbringung von Systemdienstleistungen wie Rege…

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Publikationen dieser Forschungsgruppe